1965 年，阿諾·彭齊亞斯 (Arno Penzias) 和羅伯特·威爾遜 (Robert Wilson) 發(fā)現(xiàn)了一種微弱的,、幾乎均勻的背景光,，它似乎存在于整個宇宙中，但沒有明顯的來源,。 他們無意中發(fā)現(xiàn)的是宇宙誕生之初遺留下來的輻射,。然而，這種描述并不完全準確,。 當我們回顧過去時,，宇宙變得越來越熱。如果我們追溯得足夠遠,，宇宙會非常熱,，以至于可以電離大爆炸中產(chǎn)生的氫。對于氫,，電離意味著構(gòu)成它的電子和質(zhì)子分開并可以自由移動而不會像原子一樣束縛在一起,。 此時任何穿過太空的光都會很快遇到來自電離氫的電子或質(zhì)子并散射，使其朝不同的方向傳播,。結(jié)果,，宇宙是不透明的，因為光在被散射到一個新的方向之前無法傳播任何重要的距離,。 然而,，隨著宇宙膨脹，它冷卻了,。 氫的電離有一定的溫度,，這相當于將質(zhì)子和電子分開所需的能量。 由于我們知道該能量的精確值（13.6 電子伏特）,，我們可以計算出溫度 T = 7,600 開爾文,。不過,，對于任何試圖自己計算此值的人來說，這是一個警告：此時宇宙中的光子數(shù)量遠多于氫原子數(shù)量,。因此,，要獲得這個溫度，不僅要考慮這段時間內(nèi)光子的典型能量,，還要考慮光子能量的完整分布（稱為玻爾茲曼分布）,。我們計算的實際溫度低于預期，因為分布尾端的許多光子仍具有足夠高的能量來電離氫,。 溫度與宇宙的膨脹直接相關(guān),，因此我們可以計算出溫度剛好足以使氫電離的時間。這被稱為重組時代,，因為它代表了質(zhì)子和電子結(jié)合形成氫原子的時刻,。 由于中性氫無法散射光子，宇宙變得透明,。 正是在這一刻,，而不是在宇宙的精確開端，光子才可以開始在太空中自由傳播,。因此,，當我們觀察 CMB 時，我們看到的是復合后剛剛釋放的光,，這段時間稱為光子解耦,。 因為，當我們在太空中看得更遠時,，我們也在向后看得更遠（因為光到達地球需要時間）,，天空中有一個球面，CMB 似乎起源于此,。這是最后一個散射面,。 當我們測量 CMB 時，我們看到的是這些從那一刻起就一直在旅行的光子,。隨著宇宙膨脹,，它們變得不那么活躍，因為它們的波長在紅移過程中被拉長了,。我們之前發(fā)現(xiàn)的能量極高的光現(xiàn)在已經(jīng)延伸到光譜中不可見但仍可測量的微波部分,。 然而，CMB 并不是單一的能量,。相反,，它是覆蓋一定頻率范圍的黑體光譜。事實上,，它是自然界測量的最精確的黑體光譜之一,。它非常符合分布,，幾乎不可能將其與理論曲線區(qū)分開來。 CMB 提供了大爆炸作為宇宙起源的一些最重要的證據(jù),。輻射的平滑度符合我們對暴脹的理解,，暴脹發(fā)生在宇宙開始后的幾分之一秒。在此期間,，宇宙呈指數(shù)增長,，消除了區(qū)域之間溫度的不規(guī)則性，這些區(qū)域在膨脹后無法相互連接,，因此一定在宇宙小得多的更早時間相互作用,。 然而，存在小的各向異性,，這可以用引起膨脹的場中的量子漲落來解釋,。宇宙開始時的這些微小波動產(chǎn)生了高密度區(qū)域,，最終積累了越來越多的物質(zhì),，形成了我們今天看到的宇宙結(jié)構(gòu)。 |
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